(57)【要約】【課題】ポルトランドセメントクリンカーの焼成において、原料の粉末度が小さいと熱量原単位は小さくなるが、粉砕によって電力原単位が悪化する。そのため、本発明では省エネルギーで効率的に焼成可能なクリンカー混合原料の粉末化を提供する。【解決手段】混合原料を粉末化し、該粉末化原料を焼成してクリンカーを得る工程を含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、前記原料の粉末化を、９０μｍ篩残が２０質量％以上、２６質量％以下となるまで行う。粉砕はボールミルによることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合原料を粉末化し、該粉末化原料を焼成してクリンカーを得る工程を含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、
前記原料の粉末化を、９０μｍ篩残が２０質量％以上、２６質量％以下となるまで行うことを特徴とするポルトランドセメントクリンカーの製造方法。
【請求項２】
原料の粉末化をボールミルで行う請求項１記載のポルトランドセメントクリンカーの製造方法。
【請求項３】
９０μｍ篩残が２０質量％以上、２６質量％以下であるポルトランドセメントクリンカーの製造用の混合原料粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポルトランドセメントクリンカーの製造方法に係わる。詳しくは当該ポルトランドセメントクリンカーの製造に係わるセメント調合原料およびその製造方法に関する。さらに詳しくは従来よりも省エネルギーで焼成可能なセメント調合原料の粉末度およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント産業は、大量生産・大量消費型産業であり、省資源・省エネルギーは、これまでも、そしてこれからも最重要課題であり続けると考えられる。主に、焼成および原料の粉末化に伴うエネルギーコストは大きいものである。
【０００３】
例えば、最も大量に製造されているポルトランドセメントを製造するためには、所定の化学組成に調製された原料を、１４５０℃〜１５５０℃もの高温で焼成してクリンカーとする必要があり、この温度を得るためのエネルギーコストは膨大なものとなる。
【０００４】
また、近年の地球環境問題と関連して、廃棄物、副産物等の有効利用は重要な課題となっている。これらの廃棄物、副産物等を含む調合原料を焼成する際には一定以上に粉末化する必要があり、粉末化にかかる電力が膨大なものとなっている。
【０００５】
大量生産・大量消費型産業であるセメント産業は、セメント製造時に原料や燃料として廃棄物を有効利用あるいは処理を行い、省資源・省エネルギーで効率よくセメントを製造することが重要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１５１７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に、ポルトランドセメントクリンカーの焼成において、原料の粉末度が小さほど焼成反応速度が速くなると知られている。しかしながら、ボールミルを使用して粒度を小さくするほど時間を要し、電力を必要とする。原料粉末度を小さくすることによって焼成反応が速まることによって焼成時間が短時間となり燃料原単位を小さくすることが可能であるが、原料粉砕時に生じる電力原単位が悪化する。
【０００８】
本発明は、クリンカーの混合原料を粉末化し、該粉末化原料を焼成しクリンカーを得る工程を含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、省エネルギーで効率的に焼成可能なクリンカー混合原料の粉末化を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく本発明者等は鋭意検討を行った。その結果、混合原料の粉末化を９０μｍ篩残を少なくなるようにすることによって焼成時間が短くできるエネルギー低減効果と、９０μｍ篩残分を少なくするための粉砕にかかるエネルギーの増大とのバランスについて知見を重ね、本発明を完成した。
【００１０】
即ち本発明は、混合原料を粉末化し、該粉末化原料を焼成してクリンカーを得る工程を含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、
前記原料の粉末化を、９０μｍ篩残が２０質量％以上、２６質量％以下となるまで行うことを特徴とするポルトランドセメントクリンカーの製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、焼成による熱量原単位および粉砕による電力原単位のバランスが最適化され、省エネルギーでセメントクリンカーを製造可能である。
【００１２】
即ち、セメント混合原料の粉末度が、９０μｍ篩残が２０質量％未満であると、粉砕による電力原単位が急激に悪化し、粉砕に伴うエネルギー効率が悪化する。また、９０μｍ篩残が２６質量％を超えるとクリンカー中のフリーライム量が急激に増加し、このフリーライム量を減少させようとすると、焼成温度の上昇および焼成時間の延長等の方法が挙げられるが、どちらにおいても熱量原単位が悪化する。前記原料の粉末化を９０μｍ篩残が２０〜２６質量％、より好ましくは２２．５〜２５質量％にすることによって、焼成および粉砕にかかる消費エネルギーのバランスが最適化され、一連のセメントクリンカーの製造を通じて使用されるエネルギーを低減できる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の製造方法においては、混合原料の粉末化を９０μｍ篩残が２０〜２６質量％、より好ましくは２２．５〜２５質量％とし、クリンカーを焼成する。２６質量％より大きいと焼成による熱量原単位が悪化し、２０質量％より小さいと粉砕による電量原単位が大きく悪化する。
【００１４】
本発明のセメントクリンカーを製造する方法は特に限定されることがなく、公知のセメント原料を、公知のセメントクリンカーの鉱物比率及び係数となるように所定の割合で調製混合し、公知の方法（例えばボールミル、竪型ミル等）で所定の粉末度となるように原料を混合粉砕し、公知の方法（例えば、ＳＰキルンやＮＳＰキルン等）で焼成することにより容易に得ることができる。
【００１５】
当該セメント原料の調製混合方法も公知の方法を適宜採用すればよい。例えば、事前に廃棄物、副産物およびその他の原料（石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ源、珪石等のＳｉＯ２源、粘土等のＡｌ２Ｏ３源、鉄源等のＦｅ２Ｏ３源など）の組成を測定し、これら原料中の各成分割合から上記範囲になるように各原料の調合割合を計算し、その割合で原料を調合すればよい。
【００１６】
なお、本発明の製造方法で用いる原料は、従来セメントクリンカーの製造において使用される原料と同様なものが特に制限なく使用される。廃棄物、副産物等を利用することも、無論可能である。
【００１７】
本発明の製造方法において、廃棄物、副産物等から一種以上の廃棄物を使用することは、廃棄物、副産物等の有効利用を促進する観点から好ましいことである。使用可能な廃棄物・副産物をより具体的に例示すると、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、塩素バイパスダスト、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却灰等が挙げられる（なお、これらの中には、セメント原料になるとともに熱エネルギー源となるものもある）。
【００１８】
また、上記の混合原料の粉砕方法は、公知のポルトランドセメントクリンカー製造の際と同様のボールミル、竪型ミル等を使用することができ、特に限定はされないが、ボールミルが好ましい。粉砕に際しては通常、分級を行い望む範囲の粒度の混合原料を得る。当該分級についても公知の方法が適宜採用でき、例えばエアーセパレーター等の乾式分級機を使用して分級し、９０μｍ篩残が２０〜２６質量％、より好ましくは２２．５〜２５質量％となるよう分級する。
【００１９】
焼成方法も特に限定されず、既存のポルトランドセメント製造設備として知られるＮＳＰキルンや、ＳＰキルンに代表されるセメントキルン等の高温加熱が可能な装置が好適に使用できる。焼成温度は１４００〜１５００℃程度が通常である。
【００２０】
本発明の方法で製造されたポルトランドセメントクリンカーは、公知のポルトランドセメントクリンカーと同様に使用することができる。即ち、石膏等と混合し、ブレーン比表面積が一定値以上になるまで粉砕すればよい。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２２】
廃棄物を含む工業原料を用いて、焼成ベースで、汎用的なセメントクリンカー組成を含む異なる組成のクリンカーが得られるように原料を調合する。９０μｍ篩残が３５．７２％となる様に粗粉砕した上記調合原料をベースとした。該粗粉砕原料を内容積が５００ｃｃの遊星式ボールミルにより表１に示すように粉末度を９０μｍ篩残が０〜３５．７２％となるよう調整後、１４５０℃で６０分及び９０分間焼成し、セメントクリンカーを得た。粉末度と焼成の関係が分かりやすくなるように比較的焼成しにくい組成をベースとした。また、ｆ−ＣａＯの増減が分かりやすくなるようにｆ−ＣａＯが１〜３％のところで整理した。各実施例における焼成時の焼成時間、および焼成後に得られたクリンカーのボーグ式による鉱物組成、係数値を表１に示す。また、表２に粉粉砕時間当たりのフリーライムの減少量の詳細について示す。
【００２３】
なおボーグ式は、係数・諸比率とならんで利用され、主要化学成分値を用いておよその主要化合物組成を算出する計算式であり、当業者には周知の式であるが、念のため、以下にボーグ式によるクリンカー中の各鉱物量の求め方を記しておく。
【００２４】
Ｃ３Ｓ量  ＝  （４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ２）−（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）−（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ２Ｓ量  ＝  （２．８７×ＳｉＯ２）−（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量  ＝  （２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝  ３．０４×Ｆｅ２Ｏ３ 
また鉄率（Ｉ．Ｍ．）は、水硬率（Ｈ．Ｍ．）、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）、活動係数（Ａ．Ｉ．）および石灰飽和度（Ｌ．Ｓ．Ｄ．）とならんで、主要化学成分値を用いて求められ、クリンカー製造管理のための特性値として、係数・諸比率の一つとして利用されており、当業者には周知の係数であるが、念のため、以下に当該鉄率の計算方法を他の係数値と併せて記しておく。
【００２５】
水硬率（Ｈ．Ｍ．）        ＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）      ＝ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
活動係数（Ａ．Ｉ．）      ＝ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３
鉄率（Ｉ．Ｍ．）          ＝Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３
石灰飽和度（Ｌ．Ｓ．Ｄ．）＝ＣａＯ／（２．８×ＳｉＯ２＋１．１８×Ａｌ２Ｏ３＋０．６５×Ｆｅ２Ｏ３）
なお、上記式中の「ＣａＯ」「ＳｉＯ２」「Ａｌ２Ｏ３」および「Ｆｅ２Ｏ３」は、それぞれＪＩＳ  Ｒ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析法」やＪＩＳ  Ｒ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析法」などに準拠した方法により測定できる。
【００２６】
【表１】
2013189361.tif 000002
【００２７】
【表２】
2013189361.tif 000003
【００２８】
上記表１、２に示されるように原料の粉末化が９０μｍ篩残２９．６１％以上であると６０分焼成と９０分焼成のｆ−ＣａＯの差が１．０以上であり、２５．６１％以下とすることで６０分と９０分のｆ−ＣａＯの差が０．５％以下となり、その温度によるｆ−ＣａＯ量の定常値に短時間で達する。すなわち、原料の粉末化が２６％以下とすると短い焼成時間で省エネルギーにクリンカーが焼成可能であった。
【００２９】
また、上記結果より、焼成効率が良くなる２５．６１％以下に限って、粉砕時間当たりのフリーライムの減少量に関して、２５．６１％を最大値として減少傾向にあり、１９％で大きく低下する。粉砕時間あたりのフリーライムの減少量は粉砕時間がフリーライム減少にどれだけ寄与しているか表す指標であり、この値が大きいほど、小さい粉砕エネルギーでクリンカー焼成の際に効果的にｆ−ＣａＯを減少できており、２５．６１％がもっとも粉砕と焼成が効率的に行えていると考えられる。
【００３０】
すなわち、２０％未満では、フリーライムが大きく減少しているものの、長い粉砕時間が必要であり粉砕によるエネルギーが大となり時間当たりのフリーライム減少量は小となった。また、２５．６１％を超えると、フリーライムを減少させるのに長い時間が必要となり、必然的に燃料原単位が悪化すると考えられる。